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Innere Faltenbildung kann bei der Rohrbiegung zu einer echten Belastung werden. Sie wirken im fertigen Teil optisch unansehnlich und führen zudem zu einer lokalen Wanddickenschwächung sowie zu Einschnürungen in Fluidleitungen. Um dies zu vermeiden, kommen zwei gängige Verfahren zur Verhinderung innerer Faltenbildung bei Rohren zum Einsatz: Kernbiegen und kernloses Biegen. Obwohl beide Verfahren ihre spezifischen Anwendungsbereiche haben, unterscheiden sie sich hinsichtlich ihrer Wirksamkeit bei der Vermeidung von Faltenbildung im Innenradius erheblich. In diesem Artikel betrachten wir beide Methoden, um endgültig zu klären, welche Methode tatsächlich innere Faltenbildung verhindert.
Grundlagen der Entstehung innerer Falten
Tatsächlich muss sich bei einer Rohrbiegung die Außenwand dehnen, während die Innenwand komprimiert werden muss. Die dünnen Wände vieler Rohre oder Rohre, die mit zu kleinem Biegeradius gebogen werden, können nicht ausreichend Widerstand gegen die Druckkräfte aufbringen, sodass die Innenwand sich zusammenfaltet und beult. Diese Beulung verursacht die Faltenbildung. Dünnere Wände, enge Biegungen sowie Werkstoffe wie Edelstahl (der von Natur aus ziemlich hart ist) verschärfen dieses Problem. Jede Lösung des Problems muss entweder die Innenwand des Rohrs stützen oder einen Weg finden, die Druckkräfte zu verändern. Im Folgenden werden zwei Techniken vorgestellt, die dieses Problem aus zwei unterschiedlichen Richtungen angehen.
Biegen ohne Dorn: Einfachheit mit Einschränkungen
Es gibt verschiedene Techniken zum Biegen ohne Verwendung einer inneren Stütze; die einfachste davon ist das sogenannte leere oder mandrellfreie Biegen. Bei dieser Biegemethode wird das Rohr lediglich mit dem Biegebacken, dem Klemmbacken und dem Druckbacken (manchmal auch mit einem Wischbacken) gebogen. Kein Gegenstand dringt dabei in das Rohr ein. Das Verfahren funktioniert sehr gut bei Rohren mit dicker Wandstärke, die mit einem vernünftigen Biegeradius gebogen werden. Ein Rohr mit einer Wandstärke von 2,5 mm lässt sich problemlos mit einem Biegeradius von 3D mandrellfrei biegen. Der Druckbacken, der das Rohr nach vorne schiebt, zusammen mit dem rotierenden Biegebacken erzeugt eine Zugspannung an der Außenfläche, wodurch das Material gezwungen wird, sich nach innen zusammenzuziehen, um diesen Kräften zu widerstehen. Allerdings ist es bei jeder Wandstärke unter 1,5 mm und jedem inneren Biegeradius größer als 2D praktisch unmöglich, innere Faltenbildung vollständig zu vermeiden, da im Inneren des Rohrs nichts vorhanden ist, das dessen Rundheit bewahrt. Der wesentliche Vorteil des mandrellfreien Biegens besteht darin, dass es schneller ist und deutlich weniger Werkzeuge erfordert als das mandrellgestützte Biegen; der Nachteil ist jedoch, dass es keine echte Lösung für innere Faltenbildung darstellt.
Mandrel-Biegen: Innere Stützung für faltenfreie Ergebnisse
Bei diesem Verfahren wird das Biegen mit einem Dorn eingesetzt, wobei ein Dorn in das Rohr eingeführt wird. Üblicherweise handelt es sich bei dem Dorn um eine massive Stange mit einer oder mehreren gelenkigen Kugeln, die die innere Rohrwand genau an der Stelle stützen, an der die Kompression stattfindet. Während des Biegens verhindert der Dorn einfach, dass die innere Wand nach innen zusammenfällt. Die Kugeln selbst sind gelenkig ausgeführt, sodass sie sich beim Durchziehen durch das Rohr während des Biegens an die Krümmungen der Rohrwand anpassen können. Dies ist bei weitem die erfolgreichste Methode zur Bewältigung von Problemen wie dünnwandigen Rohren, engen Biegeradien und harten Werkstoffen wie Edelstahl. Für das im vorherigen Abschnitt beschriebene Szenario (Edelstahlrohr mit 25 mm Durchmesser, 1,2 mm Wandstärke, Biegung mit Radius 1,8D) erzeugt ein zweikugeliger, gelenkiger Dorn bei Tausenden von Rohren absolut keine Faltenbildung. Wie aus den beigefügten Abbildungen hervorgeht, ist die Verbesserung gegenüber dem Biegen ohne Dorn äußerst deutlich. Die wesentlichen Nachteile des Dornbiegens sind: Die Werkzeugkosten sind deutlich höher, und bei kleineren Losgrößen kann der Prozess sehr zeitaufwändig sein; zudem benötigen alle Teile Schmiermittel, um zu verhindern, dass das Edelstahlrohr an der Dornoberfläche ‚verklemmt‘ (Galling).
Vergleich der Leistung bei realen Anwendungen
Betrachten Sie ein typisches Autoteil: ein 25-mm-Rohr mit einer Wandstärke von 1,2 mm und einem Mittellinienradius von 1,8D. Wenn Sie das Rohr ohne Einsatz eines Dornes biegen, tritt nahezu immer eine Faltenbildung an der Innenseite auf; etwa 30 % des Teils weisen Falten auf. Je nach Bauteil sind diese möglicherweise nur schwach sichtbar und für die Funktion des Teils nicht kritisch, sie wirken jedoch zweifellos ästhetisch unansehnlich und können den Fluidstrom einschränken. Wird dasselbe Rohr hingegen mit einem gut konstruierten Zweikugel-Dorn gebogen, ist das Problem vollständig gelöst: Zehntausende von Rohren können faltenfrei durchlaufen werden. Medizinische Komponenten weisen häufig lediglich eine Wandstärke von etwa 1 mm auf und werden mittels Dornbiegeverfahren verarbeitet, da dies schlichtweg die einzige praktikable Methode ist, um ein akzeptables Ergebnis zu erzielen.
Wann die Biegung ohne Dorn die richtige Wahl ist
Allerdings ist der Einsatz von Nicht-Mandrel-Biegen durchaus gerechtfertigt, wenn es sich um Rohre mit sehr dickem Wandquerschnitt (2 mm oder mehr) und einem großzügigen Biegeradius (3D oder größer) handelt oder wenn Zeit- und Kostenaspekte beim Prototyping wichtiger sind als die Oberflächenqualität. Häufig lässt sich beobachten, dass kleinere Hersteller auf Mandrel-Werkzeuge verzichten können, indem sie den Biegeradius sorgfältig anhand der Wandstärke bei sehr dicken Rohren berechnen und einfach darauf verzichten, Rohre herzustellen, bei denen für den Innenradius ein Mandrel erforderlich wäre. Wenn Ihre Bauteile jedoch bereits Falten werfen und Sie ein Nicht-Mandrel-Rohrbiegeverfahren verwenden, ist der Einbau eines Mandrels in die Anlage tatsächlich die einzige offensichtliche Lösung.
Praktische Überlegungen zum Mandrel-Biegen
Es ist wichtig zu beachten, dass beim Mandrel-Biegen der richtige Werkzeugsatz erforderlich ist, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Allgemein anerkannt ist, dass für optimale Ergebnisse ein Spalt von maximal 0,1 mm bis 0,2 mm zwischen der Rohrwand und der inneren Oberfläche des äußeren Werkzeugs bestehen sollte. Darüber hinaus ist die Position der Kugeln relativ zum Punkt, an dem das Rohr tangential zur Biegeform liegt, entscheidend: Wird der Mandrel zu weit vorne positioniert, klemmt er sich in das Rohr ein; wird er zu weit hinten positioniert, kollabiert das Rohr erneut. Moderne CNC-hydraulische Rohrbiegemaschinen verfügen über eine programmierte Mandrel-Rückzugfunktion, die die Einstellung vereinfacht.
Fazit
Wenn Sie innere Faltenbildung vermeiden möchten – sei es beim Biegen eines dünnwandigen Rohrs mit kleinem Biegeradius oder wenn das Erscheinungsbild des Bauteils entscheidend ist – dann ist das Mandrel-Biegen zweifellos die richtige Wahl. Das Biegen ohne Mandrel ist in bestimmten Fällen sinnvoll, kann jedoch das Kernproblem selbst nicht lösen. Alle unsere Rohrbiegemaschinen von Baorui sind so konstruiert, dass sie beide Biegeverfahren unterstützen. Die Wahl zwischen beiden Verfahren hängt stets von der jeweiligen Anwendung ab; wenn Sie jedoch faltenfreies Rohr benötigen, ist das Mandrel-Biegen unschlagbar.